一、物理层：中继器（Repeater）和集线器（Hub）。用于链接物理特性相同的网段，这些网段，只是位置不一样而已。Hub 的端口没有物理和逻辑地址。
二、逻辑链路层：网桥（Bridge）和交换机（Switch）。用于链接同一逻辑网络中、物理层规范不一样的网段，这些网段的拓扑结构和其上的数据帧格式，均可以不一样。Bridge和Switch的端口具备物理地址，但没有逻辑地址。
三、网络层：路由器（Router）。用于链接不一样的逻辑网络。Router的每个端口都有惟一的物理地址和逻辑地址。
四、应用层：网关（Gateway）。用于互连网络上，使用不一样协议的应用程序之间的数据通讯，目前尚无硬件产品。
前二者属于OSI和TCP/IP模型的最低层，即物理层，起到数字信号放大和中转的做用缓存
ISO9001把网络分为7个逻辑层由下至上分别是：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。安全
中继器是物理层设备用于远距离信号传输时衰减补偿、集线器是数据链路层设备用于数据帧的转发、网桥是网络层设备用于链接不一样性质的网络、交换机是网络层设备用于IP包的重组和转发、路由器是传输层设备用于TCP/IP或UDP/IP 包的转发、网关属于应用层设备用于特定网络权限的使用。服务器
通常来讲，高层设备兼并低层设备的功能，因此强弱排序是网关>路由器>网桥>=交换机>集线器>中继器（网桥虽然和交换机属于同级，可是互联能力比交换机强）网络
中继器，就是简单的信号放大器，信号在传输的过程当中是要衰减的，中继器的做用就是将信号放大，使信号能传的更远。 架构
集线器，它的做用能够简单理解为将一些机器链接起来组成一个局域网。差很少就是个多端口的中继器，把每一个输入端口的信号放大再发到别的端口去，集线器能够实现多台计算机之间的互联，由于它有不少的端口，每一个口都能连计算机。
性能
网桥，工做在数据链路层，将两个LAN(局域网)连起来，根据MAC地址来转发帧，能够看做一个“低层的路由器”（路由器工做在网络层，根据网络地址如IP地址进行转发）。学习
交换机，又名交换式集线器，做用跟集线器大致相同，但二者在性能上又有区别：集线器采用的式共享带宽的工做方式，而交换机是独享带宽。这样在机器不少或数据量很大时，二者将会有比较明显的。优化
路由器，与以上二者有明显区别。它的做用在于链接不一样的网段而且找到网络中数据传输最合适的路径 ，能够说通常状况下我的用户需求不大。路由器是产生于交换机以后，就像交换机产生于集线器以后，因此路由器与交换机也有必定联系，并非彻底独立的两种设备。路由器主要克服了交换机不能路由转发数据包的不足。加密
网关，是一种充当转换重任的计算机系统或设备。在使用不一样的通讯协议、数据格式或语言,甚至体系结构彻底不一样的两种系统之间，网关是一个翻译器。与网桥只是简单地传达信息不一样，网关对收到的信息要从新打包，以适应目的系统的需求。同时，网关也能够提供过滤和安全功能。大多数网关运行在OSI 7层协议的顶层--应用层。 你们都知道，从一个房间走到另外一个房间，必然要通过一扇门。一样，从一个网络向另外一个网络发送信息，也必须通过一道“关口”，这道关口就是网关。顾名思义，网关(Gateway)就是一个网络链接到另外一个网络的“关口”。 spa
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路由器
要解释路由器的概念，首先得知道什么是路由。所谓“路由”，是指把数据从一个地方传送到另外一个地方的行为和动做，而路由器，正是执行这种行为动做的机器，它的英文名称为Router,是一种链接多个网络或网段的网络设备，它能将不一样网络或网段之间的数据信息进行“翻译”，以使它们可以相互“读懂”对方的数据，从而构成一个更大的网络。
简单的讲，路由器主要有如下几种功能：
第一，网络互连，路由器支持各类局域网和广域网接口，主要用于互连局域网和广域网，实现不一样网络互相通讯；
第二，数据处理，提供包括分组过滤、分组转发、优先级、复用、加密、压缩和防火墙等功能；
第三，网络管理，路由器提供包括配置管理、性能管理、容错管理和流量控制等功能。
为了完成“路由”的工做，在路由器中保存着各类传输路径的相关数据－－路由表（Routing Table），供路由选择时使用。路由表中保存着子网的标志信息、网上路由器的个数和下一个路由器的名字等内容。路由表能够是由系统管理员固定设置好的，也能够由系统动态修改，能够由路由器自动调整，也能够由主机控制。在路由器中涉及到两个有关地址的名字概念，那就是：静态路由表和动态路由表。由系统管理员事先设置好固定的路由表称之为静态（static）路由表，通常是在系统安装时就根据网络的配置状况预先设定的，它不会随将来网络结构的改变而改变。动态（Dynamic）路由表是路由器根据网络系统的运行状况而自动调整的路由表。路由器根据路由选择协议（Routing Protocol）提供的功能，自动学习和记忆网络运行状况，在须要时自动计算数据传输的最佳路径。
为了简单地说明路由器的工做原理，如今咱们假设有这样一个简单的网络。如图所示，A、B、C、D四个网络经过路由器链接在一块儿。
如今咱们来看一下在如图所示网络环境下路由器又是如何发挥其路由、数据转发做用的。现假设网络A中一个用户A1要向C网络中的C3用户发送一个请求信号时，信号传递的步骤以下：
第1步：用户A1将目的用户C3的地址C3，连同数据信息以数据帧的形式经过集线器或交换机以广播的形式发送给同一网络中的全部节点，当路由器A5端口侦听到这个地址后，分析得知所发目的节点不是本网段的，须要路由转发，就把数据帧接收下来。
第2步：路由器A5端口接收到用户A1的数据帧后，先从报头中取出目的用户C3的IP地址，并根据路由表计算出发往用户C3的最佳路径。由于从分析得知到C3的网络ID号与路由器的C5网络ID号相同，因此由路由器的A5端口直接发向路由器的C5端口应是信号传递的最佳途经。
第3步：路由器的C5端口再次取出目的用户C3的IP地址，找出C3的IP地址中的主机ID号，若是在网络中有交换机则可先发给交换机，由交换机根据MAC地址表找出具体的网络节点位置；若是没有交换机设备则根据其IP地址中的主机ID直接把数据帧发送给用户C3，这样一个完整的数据通讯转发过程也完成了。
从上面能够看出，无论网络有多么复杂，路由器其实所做的工做就是这么几步，因此整个路由器的工做原理基本都差很少。固然在实际的网络中还远比上图所示的要复杂许多，实际的步骤也不会像上述那么简单，但总的过程是这样的。
目前，生产路由器的厂商，国外主要有CISCO（思科）公司、北电网络等，国内厂商包括华为等。
交换机的概念和原理
交换（switching）是按照通讯两端传输信息的须要，用人工或设备自动完成的方法，把要传输的信息送到符合要求的相应路由上的技术统称。广义的交换机（switch）就是一种在通讯系统中完成信息交换功能的设备。
在计算机网络系统中，交换概念的提出是对于共享工做模式的改进。咱们之前介绍过的HUB集线器就是一种共享设备，HUB自己不能识别目的地址，当同一局域网内的A主机给B主机传输数据时，数据包在以HUB为架构的网络上是以广播方式传输的，由每一台终端经过验证数据包头的地址信息来肯定是否接收。也就是说，在这种工做方式下，同一时刻网络上只能传输一组数据帧的通信，若是发生碰撞还得重试。这种方式就是共享网络带宽。
交换机拥有一条很高带宽的背部总线和内部交换矩阵。交换机的全部的端口都挂接在这条背部总线上，控制电路收到数据包之后，处理端口会查找内存中的地址对照表以肯定目的MAC（网卡的硬件地址）的NIC（网卡）挂接在哪一个端口上，经过内部交换矩阵迅速将数据包传送到目的端口，目的MAC若不存在才广播到全部的端口，接收端口回应后交换机会“学习”新的地址，并把它添加入内部MAC地址表中。
使用交换机也能够把网络“分段”，经过对照MAC地址表，交换机只容许必要的网络流量经过交换机。经过交换机的过滤和转发，能够有效的隔离广播风暴，减小误包和错包的出现，避免共享冲突。
交换机在同一时刻可进行多个端口对之间的数据传输。每一端口均可视为独立的网段，链接在其上的网络设备独自享有所有的带宽，无须同其余设备竞争使用。当节点A向节点D发送数据时，节点B可同时向节点C发送数据，并且这两个传输都享有网络的所有带宽，都有着本身的虚拟链接。假使这里使用的是10Mbps的以太网交换机，那么该交换机这时的总流通量就等于2×10Mbps＝20Mbps，而使用10Mbps的共享式HUB时，一个HUB的总流通量也不会超出10Mbps。
总之，交换机是一种基于MAC地址识别，能完成封装转发数据包功能的网络设备。交换机能够“学习”MAC地址，并把其存放在内部地址表中，经过在数据帧的始发者和目标接收者之间创建临时的交换路径，使数据帧直接由源地址到达目的地址。
交换机分类
从广义上来看，交换机分为两种：广域网交换机和局域网交换机。广域网交换机主要应用于电信领域，提供通讯用的基础平台。而局域网交换机则应用于局域网络，用于链接终端设备，如PC机及网络打印机等。从传输介质和传输速度上可分为以太网交换机、快速以太网交换机、千兆以太网交换机、FDDI交换机、ATM交换机和令牌环交换机等。从规模应用上又可分为企业级交换机、部门级交换机和工做组交换机等。各厂商划分的尺度并非彻底一致的，通常来说，企业级交换机都是机架式，部门级交换机能够是机架式（插槽数较少），也能够是固定配置式，而工做组级交换机为固定配置式（功能较为简单）。另外一方面，从应用的规模来看，做为骨干交换机时，支持500个信息点以上大型企业应用的交换机为企业级交换机，支持300个信息点如下中型企业的交换机为部门级交换机，而支持100个信息点之内的交换机为工做组级交换机。本文所介绍的交换机指的是局域网交换机。
交换机功能
学习：以太网交换机了解每一端口相连设备的MAC地址，并将地址同相应的端口映射起来存放在交换机缓存中的MAC地址表中。
转发/过滤：当一个数据帧的目的地址在MAC地址表中有映射时，它被转发到链接目的节点的端口而不是全部端口（如该数据帧为广播/组播帧则转发至全部端口）。
消除回路：当交换机包括一个冗余回路时，以太网交换机经过生成树协议避免回路的产生，同时容许存在后备路径。
交换机除了可以链接同种类型的网络以外，还能够在不一样类型的网络（如以太网和快速以太网）之间起到互连做用。现在许多交换机都可以提供支持快速以太网或FDDI等的高速链接端口，用于链接网络中的其它交换机或者为带宽占用量大的关键服务器提供附加带宽。
通常来讲，交换机的每一个端口都用来链接一个独立的网段，可是有时为了提供更快的接入速度，咱们能够把一些重要的网络计算机直接链接到交换机的端口上。这样，网络的关键服务器和重要用户就拥有更快的接入速度，支持更大的信息流量。
交换机方式
交换机经过如下三种方式进行交换：
1.直通式：
直通方式的以太网交换机能够理解为在各端口间是纵横交叉的线路矩阵电话交换机。它在输入端口检测到一个数据包时，检查该包的包头，获取包的目的地址，启动内部的动态查找表转换成相应的输出端口，在输入与输出交叉处接通，把数据包直通到相应的端口，实现交换功能。因为不须要存储，延迟很是小、交换很是快，这是它的优势。它的缺点是，由于数据包内容并无被以太网交换机保存下来，因此没法检查所传送的数据包是否有误，不能提供错误检测能力。因为没有缓存，不能将具备不一样速率的输入/输出端口直接接通，并且容易丢包。
2.存储转发：
存储转发方式是计算机网络领域应用最为普遍的方式。它把输入端口的数据包先存储起来，而后进行CRC（循环冗余码校验）检查，在对错误包处理后才取出数据包的目的地址，经过查找表转换成输出端口送出包。正因如此，存储转发方式在数据处理时延时大，这是它的不足，可是它能够对进入交换机的数据包进行错误检测，有效地改善网络性能。尤为重要的是它能够支持不一样速度的端口间的转换，保持高速端口与低速端口间的协同工做。
3.碎片隔离：
这是介于前二者之间的一种解决方案。它检查数据包的长度是否够64个字节，若是小于64字节，说明是假包，则丢弃该包；若是大于64字节，则发送该包。这种方式也不提供数据校验。它的数据处理速度比存储转发方式快，但比直通式慢。
交换机应用
做为局域网的主要链接设备，以太网交换机成为应用普及最快的网络设备之一。随着交换技术的不断发展，以太网交换机的价格急剧降低，交换到桌面已经是大势所趋。
若是你的以太网络上拥有大量的用户、繁忙的应用程序和各式各样的服务器，并且你还未对网络结构作出任何调整，那么整个网络的性能可能会很是低。解决方法之一是在以太网上添加一个10/100Mbps的交换机，它不只能够处理10Mbps的常规以太网数据流，并且还能够支持100Mbps的快速以太网链接。
若是网络的利用率超过了40％，而且碰撞率大于10％，交换机能够帮你解决一点问题。带有100Mbps快速以太网和10Mbps以太网端口的交换机能够全双工方式运行，能够创建起专用的20Mbps到200Mbps链接。
不只不一样网络环境下交换机的做用各不相同，在同一网络环境下添加新的交换机和增长现有交换机的交换端口对网络的影响也不尽相同。充分了解和掌握网络的流量模式是可否发挥交换机做用的一个很是重要的因素。由于使用交换机的目的就是尽量的减小和过滤网络中的数据流量，因此若是网络中的某台交换机因为安装位置设置不当，几乎须要转发接收到的全部数据包的话，交换机就没法发挥其优化网络性能的做用，反而下降了数据的传输速度，增长了网络延迟。
除安装位置以外，若是在那些负载较小，信息量较低的网络中也盲目添加交换机的话，一样也可能起到负面影响。受数据包的处理时间、交换机的缓冲区大小以及须要从新生成新数据包等因素的影响，在这种状况下使用简单的HUB要比交换机更为理想。所以，咱们不能一律认为交换机就比HUB有优点，尤为当用户的网络并不拥挤，尚有很大的可利用空间时，使用HUB更可以充分利用网络的现有资源。
交换机技术与发展史
1、概述
1993年，局域网交换设备出现，1994年，国内掀起了交换网络技术的热潮。其实，交换技术是一个具备简化、低价、高性能和高端口密集特色的交换产品，体现了桥接技术的复杂交换技术在OSI参考模型的第二层操做。与桥接器同样，交换机按每个包中的MAC地址相对简单地决策信息转发。而这种转发决策通常不考虑包中隐藏的更深的其余信息。与桥接器不一样的是交换机转发延迟很小，操做接近单个局域网性能，远远超过了普通桥接互联网络之间的转发性能。
交换技术容许共享型和专用型的局域网段进行带宽调整，以减轻局域网之间信息流通出现的瓶颈问题。如今已有以太网、快速以太网、FDDI和ATM技术的交换产品。
相似传统的桥接器，交换机提供了许多网络互联功能。交换机能经济地将网络分红小的冲突网域，为每一个工做站提供更高的带宽。协议的透明性使得交换机在软件配置简单的状况下直接安装在多协议网络中；交换机使用现有的电缆、中继器、集线器和工做站的网卡，没必要做高层的硬件升级；交换机对工做站是透明的，这样管理开销低廉，简化了网络节点的增长、移动和网络变化的操做。
利用专门设计的集成电路可以使交换机以线路速率在全部的端口并行转发信息，提供了比传统桥接器高得多的操做性能。如理论上单个以太网端口对含有64个八进制数的数据包，可提供14880bps的传输速率。这意味着一台具备12个端口、支持6道并行数据流的“线路速率”以太网交换器必须提供89280bps的整体吞吐率（6道信息流Ｘ14880bps／道信息流）。专用集成电路技术使得交换器在更多端口的状况下以上述性能运行，其端口造价低于传统型桥接器。
2、几种交换技术
1．端口交换
端口交换技术最先出如今插槽式的集线器中，这类集线器的背板一般划分有多条以太网段（每条网段为一个广播域），不用网桥或路由链接，网络之间是互不相通的。以大主模块插入后一般被分配到某个背板的网段上，端口交换用于将以太模块的端口在背板的多个网段之间进行分配、平衡。根据支持的程度，端口交换还可细分为：
·模块交换：将整个模块进行网段迁移。
·端口组交换：一般模块上的端口被划分为若干组，每组端口容许进行网段迁移。
·端口级交换：支持每一个端口在不一样网段之间进行迁移。这种交换技术是基于OSI第一层上完成的，具备灵活性和负载平衡能力等优势。若是配置得当，那么还能够在必定程度进行客错，但没有改变共享传输介质的特色，自而未能称之为真正的交换。
2．帧交换
帧交换是目前应用最广的局域网交换技术，它经过对传统传输媒介进行微分段，提供并行传送的机制，以减少冲突域，得到高的带宽。通常来说每一个公司的产品的实现技术均会有差别，但对网络帧的处理方式通常有如下几种：
·直通交换：提供线速处理能力，交换机只读出网络帧的前14个字节，便将网络帧传送到相应的端口上。
·存储转发：经过对网络帧的读取进行验错和控制。
前一种方法的交换速度很是快，但缺少对网络帧进行更高级的控制，缺少智能性和安全性，同时也没法支持具备不一样速率的端口的交换。所以，各厂商把后一种技术做为重点。
有的厂商甚至对网络帧进行分解，将帧分解成固定大小的信元，该信元处理极易用硬件实现，处理速度快，同时可以完成高级控制功能（如美国MADGE公司的LET集线器）如优先级控制。
3．信元交换
ATM技术表明了网络和通信技术发展的将来方向，也是解决目前网络通讯中众多难题的一剂“良药”，ATM采用固定长度53个字节的信元交换。因为长度固定，于是便于用硬件实现。ATM采用专用的非差异链接，并行运行，能够经过一个交换机同时创建多个节点，但并不会影响每一个节点之间的通讯能力。ATM还允许在源节点和目标、节点创建多个虚拟连接，以保障足够的带宽和容错能力。ATM采用了统计时分电路进行复用，于是能大大提升通道的利用率。ATM的带宽能够达到25M、155M、622M甚至数Gb的传输能力
其实如今的路由器通常具有交换机的功能。
简单点说，例如：就是网线进入调制解调器后，能够直接链接我的电脑上网，但须要网络同时接入多台电脑时，就须要在调制解调器后再接入路由器，如今的路由器通常带有四个接端口，才能接入四台我的电脑，若是超过四台电脑，则还要在路由器后接入拥有更多接口的交换机。
网线---调制解调器---路由器---（交换机）---多个我的电脑终端
路由器至关于一个没有显示器的电脑主机